研究紹介
シトクロムP450を利用するバイオ触媒の開発
第2章: デコイ分子を用いたP450BM3等の機能改変
第2話「アミノ酸連結によるデコイ分子の改良とP450BM3との共結晶構造」
パーフルオロカルボン酸(PFC, 第1世代デコイ)がP450BM3のデコイ分子として機能し，プロパンなどの非天然基質の水酸化に成功したが，その反応速度は非常に遅かった．その原因として，デコイ分子とP450BM3の結合力が低いことが予想された．そこでもう一度，天然の基質に着目したところ，脂肪酸単体（例：パルミチン酸）より脂肪酸にアミノ酸が連結した化合物（N-パルミトイルグリシン）の方がP450BM3と相互作用点が多く，結合力が高くなり，水酸化速度が速いことが知られていた．
そこで第1世代デコイ（PFC）にアミノ酸(AA)を連結したPFC-AA型デコイ分子（第2世代デコイ）を設計した。PFC-AA型デコイはPFC型デコイよりも，P450BM3とより強い結合を示し，例えば，鎖長が9のPFC9にアミノ酸の一種トリプトファンを連結させたPFC9-Trpの方が600倍ほどP450BM3に強く結合する。そして、期待通り、この強い結合力によって、PFC-AA型デコイはP450BM3による非天然基質の水酸化活性を大きく向上することが可能になり、プロパンの水酸化では毎分200回転を超える反応スピードを達成した。 また、第2世代デコイの持つ強い結合力は、非天然基質の水酸化効率の向上以外に、P450BM3とデコイ分子の共結晶構造の取得という重要な情報を与えてくれた。それまでも第1世代デコイを用いて、P450BM3との共結晶を得る試みを行っていたものの、結合力不足により、得られるP450BM3の結晶構造にはデコイ分子が含まれていなかった。しかし、第2世代デコイはその強い結合力により、P450BM3との複合体がより安定に存在し、共結晶が得られたと推測している。得られたP450BM3+PFC9-Trpの共結晶構造では、デコイ分子のアミノ酸部分であるTrpとP450BM3のTyr51, Gln73, Ala74間で多点の水素結合により固定されているのが確認され、PFCのアミノ酸修飾によるP450BM3との結合力向上を支持する構造であった。また、PFC9-Trpの先端とヘムとの間に8.5Åの距離があり、デコイ分子によって、P450BM3の基質ポケット内に非天然基質の入り込むスペースが構築されていることが結晶構造からも明らかとなった。
詳しくはこちらの論文をご参照下さい。
- Z. Cong, O. Shoji, C. Kasai, N. Kawakami, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, "Activation of Wild-type Cytochrome P450BM3 by the Next Generation of Decoy Molecules: Enhanced Hydroxylation of Gaseous Alkanes and Crystallographic Evidence", ACS Catalysis, 5, 150–156 (2015).
http://dx.doi.org/10.1021/cs501592f